JP2012108292A - 光学部品調心治具および光学部品の実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部品に位置合わせのための加工を施したり、調心装置を用いたりすることなく光学部品との高精度の調心ができ、しかも、光学部品の調心状態の保持が効果的に行える光学部品調心治具および光学部品の実装方法を提供する。
【解決手段】光学部品１１を実装基板に位置決めして実装するための光学部品実装治具１０であって、光学部品１１の両端側に位置する少なくとも２つの光素子１１ａ’を観察する視認用の孔１３ａ，１３ｂと、該視認用の孔に交差するように連通し光学部品を吸着するための吸引用の孔１４ａ，１４ｂと、を備え、視認用の孔は、治具本体部１２の吸着面１２ａと視認面１２ｂに開口するよう貫通形成されており、視認面における開口は透明蓋１５により閉塞されている。なお、光学部品調心治具１０は、光学部品１１を実装基板に位置決めして実装するガイド手段１６ａ〜１７ｂを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、多数の発光素子または受光素子からなる光素子アレイを備えた光学部品を、実装基板に位置決めして実装するための治具、および、当該治具を用いて光学部品を実装する方法に関する。

面発光素子などの光素子が搭載された半導体基板を、パッケージに実装するのにアライメント治具を用いて行う方法がある。例えば、特許文献１には、光素子１が搭載される半導体基板２上にガイド溝５を設け、アライメント治具４側にガイド溝５に適合するガイド突起６を設けて、真空吸着等により基板２をアライメント治具４に機械的に位置決めして保持させることが開示されている。また、アライメント治具４にはガイドピン７が設けられていて、パッケージ３側に設けたガイド孔８に挿入することで、アライメント治具４とパッケージ３とが位置決めされる。この結果、基板２のパッケージ３への実装位置の位置決めが行われ、パッケージ３の所定位置に光素子１が搭載される。

また、特許文献２には、吸引治具を用いて光モジュールの部品の組み立てを行う方法が開示されている。この特許文献２によれば、互いに接合する部品の一方に、他方の部品を吸着する孔を設けて、部品間の接合、位置合わせ、光学的な結合を行うとされている。そして、部品吸着のための孔は、直線状、Ｔ字状に形成され、相手部品を吸着する吸着口と吸引具が結合される吸引口が設けられている。

特開１０−３１１３８号公報 特開１１−５２１７６号公報

光モジュール等の光通信に用いる機器では、光学部品の組み立てにミクロンオーダの高精度の位置合わせ（調心）が要求され、光素子等を動作状態にしてアクティブに調心することが必要とされている。しかし、この調心方法は、調心装置を必要とすると共に調心に時間を要するため、コスト高なものとなる。これに対し、図６に示すような方法によれば、機械的に位置決めができるが、位置決めのためのガイド穴やガイド突起の加工を高精度で行う必要があり、加工方法によっては十分な位置決め精度が得られず、このためのコストを要している。

また、特許文献２には、光学部品の組み立に吸着手段を用いることが開示されているが、組み込み部品自体に吸着口や吸引口を設けるため、部品形状が大型化するという問題がある。また、この場合も、部品間の位置決めは、部品に設けたマーカやパワーメータを用いて行うため、光学系の調心には時間を要している。

本発明は上述した実状に鑑みてなされたもので、光学部品に位置合わせのための加工を施したり、調心装置を用いたりすることなく光学部品との高精度の調心ができ、しかも、光学部品の調心状態の保持が効果的に行える光学部品調心治具と、これを用いた光学部品の実装方法の提供を目的とする。

本発明による光学部品調心治具は、光学部品を実装基板に位置決めして実装するための治具であって、光学部品の両端側に位置する少なくとも２つの光素子を観察する視認用の孔と、該視認用の孔に交差するように連通し光学部品を吸着するための吸引用の孔と、を備え、視認用の孔は、治具本体部の吸着面と視認面に開口するよう貫通形成されており、視認面における開口は透明蓋により閉塞されていることを特徴とする。なお、光学部品調心治具は、光学部品を実装基板に位置決めして実装するガイド手段を備えている。
また、本発明のよる光学部品の実装方法は、上記の光学部品調心治具を用いて、光学部品の両端側に位置する２つの光素子を視認用の孔を用いて調心した後、光学部品を吸引用の孔からの吸引により吸着保持して、実装基板に位置決めして実装する。

本発明の光学部品調心治具によれば、光学部品の所定位置の光素子を治具の視認用の孔を通して確実に位置決めでき、この位置を視認しながら視認用の孔に通じる吸引用の孔により吸着保持させることができ、高精度の位置決めを行うことができる。また、光学部品は、このための特別な加工の必要がなく、光学的な調心装置の必要もないので、低コスト化をはかることが可能となる。

本発明による光学部品調心治具の一例を説明する図である。 本発明による光学部品調心治具の使用形態を説明する図である。 光学部品の位置決め実装の状態を示す図である。 光学部品と光コネクタの組立て状態を示す図である。 本発明による光学部品調心治具を用いて光学部品を実装する工程を説明する図である。 従来技術の一例を示す図である。

図１により、本発明による光学部品調心治具（以下、単に治具という）の一例を説明する。図中、１０は治具、１１は光学部品、１１ａは光素子、１２は治具本体、１２ａは吸着面、１２ｂは視認面、１２ｃは吸引面、１３ａ，１３ｂは視認用孔、１４ａ，１４ｂは吸引用孔、１５は透明蓋、１６ａ，１６ｂはガイド孔、１７ａ、１７ｂはガイドピンを示す。

本発明による治具１０は、光学部品１１を吸着して保持し、ガイド孔１６ａ，１６ｂとガイドピン１７ａ，１７ｂによるガイド手段で、光学部品１１を実装基板上の所定位置に位置決めして実装するのに用いられる。光学部品１１は、多数の発光素子または受光素子（例えば、１２素子）からなる光素子１１ａを列状に配列した光素子アレイを備える。なお、各光素子１１ａは、光学部品１１の半導体基板に直接作り込まれたものとすることができる。

治具１０は、セラミックや樹脂等で成形された矩形状のブロックからなる治具本体１２と、透明樹脂等の透明蓋１５とで構成される。治具本体１２は、矩形状側面の４面の１つを光学部品の吸着面１２ａとし、該吸着面と反対側の面を視認面１２ｂとし、吸着面１２ａと視認面１２ｂと異なる面の１つを吸引面１２ｃとしている。そして、少なくとも２つの視認用孔１３ａと１３ｂが、吸着面１２ａから視認面１２ｂを貫通するように設けられる。なお、視認用孔１３ａと１３ｂは、例えば、光学部品１１の一列に配列された光素子１１ａの両端に位置する光素子１１ａ’と一致するように形成される。

吸引用孔１４ａ，１４ｂは、一端が吸引面１２ｃに通じ、他端が視認用孔１３ａ，１３ｂに交差し連通するように形成される。そして、視認面１２ｂには透明蓋１５が接合され、透視可能に視認用孔１３ａ，１３ｂの視認面側が封鎖される。これにより、吸引用孔１４ａ，１４ｂは、吸着面１２ａ側に通じるようになる。また、治具１０には、その両端部にガイド孔１６ａと１６ｂが設けられていて、光学部品１１を実装する実装基板に設けられたガイドピン１７ａと１７ｂに嵌合挿通させることにより、位置決めされるようになっている。

なお、透明蓋１５は視認用孔１３ａ，１３ｂの視認面側を封鎖した状態で、吸着面側に配置される光学部品１１（光素子１１ａ）を視認可能であればよく、例えば、ガラス板や透明プラスチック板で形成するのが好適である。また、治具１０にガイド孔１６ａと１６ｂが設けられている場合には、透明蓋１５にもガイド孔１６ａと１６ｂが連通して形成されているのが好適であるが、透明蓋１５には必ずしもガイド孔を設けなくても良い。さらに、図１では透明蓋１５は視認面１２ｂと同形としているが、異なる形状であってもよく、視認用孔１３ａ，１３ｂを別々の部材で個別に封鎖するよう、分割して構成しても良い。

治具１０の製造に際しては、例えば、後述する光コネクタのフェルールを軸方向と直交する方向でカットすることにより形成することもできる。光コネクタのフェルールは、光学部品１１の光素子１１ａと対応する位置に光ファイバの挿着孔が形成され、光コネクタ間の接続を形成する結合ガイド孔等が形成されている。すなわち、治具の視認用孔１３ａ，１３ｂは、光ファイバの挿着孔をそのまま利用でき、ガイド孔１６ａと１６ｂは、コネクタ接続の結合ガイド孔を利用することができる。

上述した治具１０を用いて光学部品１１を吸着保持し、実装基板に位置決めして実装する具体的な方法については後述するが、光学部品１１を治具１０の所定の位置に位置決めして吸着するには、視認用孔１３ａ，１３ｂが用いられる。すなわち、光学部品１１の両端に位置する光素子１１ａ’を視認用孔１３ａ，１３ｂと透明蓋１５を通して視認し、両端に位置する光素子１１ａ’と視認用孔１３ａ，１３ｂとが一致するように調心する。治具１０と光学部品１１との調心が行われた後、吸引用孔１４ａ，１４ｂを通じて真空引きすることにより、吸着面１２ｃに光学部品１１を吸着保持させる。

上記の治具１０によれば、光学部品１１に位置合わせ用の穴やマークがなくても、両端に位置する光素子を２つの視認用孔１３ａ，１３ｂを通して観察することにより、精度良く調心することができ、調心のための溝や突起を形成する加工を省略することが可能となる。また、調心に用いた視認用孔１３ａ，１３ｂは、吸引用孔１４ａ，１４ｂにも通じているので、光学部品１１の調心が行われた後、直ちに、光学部品１１を治具１０に吸着保持させることができ、視認用孔１３ａ，１３ｂを光学部品の調心と吸着保持の両方に効果的に用いることができる。

図２〜４は、上述した光学部品１１を吸着保持して実装基板に位置決めして実装する具体的な方法を説明する図である。図中、１８は吸引具、１９は実装基板、２０は配線導体、２１はレンズ部品、２２は光コネクタのフェルールを示し、その他の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
まず、図２（Ａ）に示すように、光学部品１１の両端の光素子を視認用孔１３ａ，１３ｂを通じて、治具１０と光学部品１１との位置関係を調心した後、吸引具１８により吸引用孔１４ａ，１４ｂから吸引を行う。この吸引により光学部品１１は、治具１０の吸着面に吸着される。

次いで、図２（Ｂ）に示すように、治具１０に光学部品１１を吸着させた状態を保って、治具１０の両側に形成されたガイド孔１６ａ，１６ｂを、実装基板１９に設けたガイドピン１７ａ，１７ｂに一致させて嵌合させる。図３（Ａ）は、ガイド孔１６ａ，１６とガイドピン１７ａ，１７ｂとが嵌合された状態を示し、この状態とすることにより、治具１０が位置決めされて実装基板１９の所定位置に載置される。そして、治具１０に吸着保持されている光学部品１１の実装基板１９上における位置決めがなされ、接着材等により固定されて実装される。

光学部品１１が治具１０の案内により、実装基板１９の所定の位置に位置決めされ、実装された後は、図３（Ｂ）に示すように、治具１０の吸引状態が解除され、治具１０は光学部品１１の吸着保持を解放して退避される。
なお、実装基板１９には、光学部品１１の光素子を電気的に接続するための配線導体２０が形成されていて、光学部品１１の実装時に導電バンプによる電気接続、または、光学部品の導電部にボンディングワイヤ等を用いて電気接続される。

次いで、図４に示すように、反射ミラーを備えたレンズ部品２１を介して、光学部品１１と光コネクタのフェルール２２とを光学的に結合するように組み付けることができる。レンズ部品２１と光学部品１１とは、例えば、治具１０の位置決めに用いたガイドピン１７ａ，１７ｂを用いて、位置決めすることができる。また、レンズ部品２１とフェルール２２も、ガイドピンとガイド孔（図示されず）を用いて位置決めすることにより結合される。この結果、光学部品１１の光素子とフェルール２２の光ファイバとは、それぞれ光学的に光結合される。

図５は、上述した光学部品１１を実装基板１９に実装する工程の一例を説明する図である。図中、１７はガイドピン、２３は作業台、２４はアームを示し、その他の符号は図１〜４で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
まず、ステップＳ１で、光学部品を実装する実装基板１９に使用する治具１０をガイドピン１７を用いて仮結合する。次いで、ステップＳ２で、実装基板１９に治具１０を保持した状態で作業台２３に移送し、ステップＳ３で、実装基板１９を作業台２３上に載せて固定する。

実装基板１９を作業台２３上に固定したら、ステップＳ４で、治具１０を上方に退避させるか、または、作業台２３側を下方に退避させる。次いで、ステップＳ５において、治具１０の下面側に光学部品１１がアーム２４により搬送され、治具１０と光学部品１１との調心（位置合わせ）が行われる。この調心が行われた後、ステップＳ６において、アーム２４を上方に移動して光学部品１１を治具１０に吸着保持させ、次いで、ステップＳ７で、アーム２４を退避させる。

次のステップＳ８では、治具１０を作業台２３上の実装基板１９にガイドピン１７を用いて位置決めして載置し、吸着保持している光学部品１１を実装基板１９に接触させ、接着材等で固定する。この後、ステップＳ９で、治具１０は光学部品１１に対する吸着を解放し、ガイドピン１７との嵌合を外して退避させる。さらに、必要に応じてステップＳ１０において、レンズ部品２１が光学部品１１の上方にガイドピン１７を利用して位置決めされ、組み付けられる。そして、ステップＳ１１で、レンズ部品２１は光学部品１１と光結合されて実装基板１９に接着材等で固定される。

１０…治具、１１…光学部品、１１ａ…光素子、１２…治具本体、１２ａ…吸着面、１２ｂ…視認面、１２ｃ…吸引面、１３ａ，１３ｂ…視認用孔、１４ａ，１４ｂ…吸引用孔、１５…透明蓋、１６ａ，１６ｂ…ガイド孔、１７，１７ａ、１７ｂ…ガイドピン、１８…吸引具、１９…実装基板、２０…配線導体、２１…レンズ部品、２２…光コネクタのフェルール、２３…作業台、２４…アーム。

Claims (3)

1. 光学部品を実装基板に位置決めして実装するための光学部品調心治具であって、
   前記光学部品の両端側に位置する少なくとも２つの光素子を観察する視認用の孔と、該視認用の孔に交差するように連通し前記光学部品を吸着するための吸引用の孔と、を備え、前記視認用の孔は、治具本体部の吸着面と視認面に開口するよう貫通形成されており、前記視認面における開口は透明蓋により閉塞されていることを特徴とする光学部品調心治具。
2. 前記光学部品を前記実装基板に位置決めして実装するガイド手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学部品調心治具。
3. 請求項１または２に記載の光学部品調心治具を用いて、前記光学部品の両端側に位置する２つの光素子を前記視認用の孔を用いて調心した後、前記光学部品を前記吸引用の孔からの吸引により吸着保持して、前記実装基板に位置決めして実装することを特徴とする光学部品の実装方法。

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